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VHDL课程报告 基于DDS的波形发生器原理及应用 专 业： 自动化（工控） 班 级: 2007级1班 姓 名： 学 号： 日 期： 2010年06月15日 基于DDS的波形发生器原理及应用 摘要 详细介绍了DDS技术的基本原理，分析了DDS的性能特点，给出一种波形发生的改进方案，举例说明基于FPGA和DDS芯片AD9851设计波形发生器设计方法。 关键字：DDS，FPGA，波形发生器 The principles and application of waveform generator based on DDS technology Abstract Direct digital the basic principles of DDS technology, analysis performance and features of DDS, Provide a improvement program of waveform generator, list two design methods of waveform generator based on FPGA and AD9851. Key words: MATLAB; AIC Criterion; Recursive Least Squares; white noise 目录 报告总页数：6页 1 引言 1 2 DDS基本原理 1 2.1 DDS技术的含义 1 2.2 DDS技术的基本原理 1 3 DDS的特点 2 3.1 输出频率相对带宽较宽 2 3.2 频率转换时间短 2 3.3 频率分辨率极高 3 3.4 相位变化连续 3 3.5 输出波形的灵活性 3 4 DDS的改进方案 3 5 DDS波形发生器的设计举例 3 5.1 基于FPGA 的波形发生器的设计 3 5.1.1 波形发生器的设计与实现 3 5.1.2 相位字输出电路的设计与实现 4 5.1.3 频率控制字生成电路 5 5.2 基于AD9851的DDS设计 5 5.1.1 正弦信号产生部分 5 5.2.2 调幅信号产生电路 5 5.2.3 功率放大电路实现 6 结 论 6 参考文献 6 1 引言 作为电子系统必不可少的信号源,在很大程度上决定了系统的性能, 因而常称之为电子系统的“心脏”。传统的信号源采用振荡器, 只能产生少数几种波形,自动化程度较低,且仪器体积大,灵活性与准确度差。而现在要求信号源能产生波形的种类多、频率高,而且还要体积小、可靠性高、操作灵活、使用方便及可由计算机控制。为此可采用直接数字频率合成技术,把信号发生器的频率稳定度、准确度提高到与基准频率相同的水平,并且可以在很宽的频率范围内进行精细的频率调节。采用这种方法设计的信号源可工作于调制状态,可对输出电平进行调节,也可输出各种波形。现在我们又可以采用FPGA /CPLD 作为控制器, 利用其丰富的I /O 资源, 并行处理数据。并且具有高密度、高速度、多功能、低功耗、设计灵活方便、可无限次反复编程等特点, 由FPGA /CPLD完成信号的产生、频率控制、L ED 显示等。该方案的系统方框图如图1 所示, 其优点在于系统结构紧凑, 可以实现复杂的测量与控制。 2 DDS基本原理 2.1 DDS技术的含义 DDS是直接数字频率合成(Direct Digital Synthesis)技术。在频率合成（FS, Frequency Synthesis）领域中，常用的频率合成技术有模拟锁相环、数字相环、小数分频锁相环（fractional-NPLL Synthesis）等，直接数字合成(Direct Digital Synthesis－DDS)是近年来新的FS 技术。单片集成的DDS 产品是一种可代替锁相环的快速频率合成器件。DDS 是产生高精度、快速变换频率、输出波形失真小的优先选用技术。DDS 以稳定度高的参考时钟为参考源，通过精密的相位累加器和数字信号处理，通过高速D/A 变换器产生所需的数字波形（通常是正弦波形），这个数字波经过一个模拟滤波器后，得到最终的模拟信号波形。如图2 所示，通过高速DAC 产生数字正弦数字波形，通过带通滤波器后得到一个对应的模拟正弦波信号，最后该模拟正弦波与一门限进行比较得到方波时钟信号。 2.2 DDS技术的基本原理 ＤＤＳ的基本原理是利用采样定理，通过查表法产生波形。ＤＤＳ的结构有很多种，其基本的电路原理可用图1 来表示。 图1 DDS的电路原理图 DDS输出的频率可以用公式表示，其中，相位累加器由Ｎ位加法器与Ｎ位累加寄存器级联构成。每来一个时钟脉冲ｆｓ，加法器将频率控制字ｋ与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加寄存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上一个